Искате ли да участвате в семинар, по време на който ще проектирате космическа станция с още 19 участника? Интересувате ли се да тествате знанията си и да ги използвате за решаване на предизвикателствата, свързани с изпращането на хора в космоса? Искате ли да научите няколко неща от истински космонавт? Институтът за космически системи към Университета в Щутгарт приема заявления от студенти и млади специалисти за работилница за проектиране на космическа станция 2020 до края на април.

Забележка: организаторите приемат заявления въпреки текущата ситуация и вероятно ще адаптират формата на семинара към по-нататъшното му развитие. Подробности за заявлението са по-долу.

Работилница за проектиране на космическа станция

Миналата година прекарах лятната си ваканция по нетрадиционен и относително активен начин. Преди това регистрирах, че Университетът в Щутгарт, или по-точно неговият Институт за космически системи (IRS Stuttgart), организира семинар за проектиране на космически станции (SSDW) всяко лято от няколко години. Целта е сравнително проста - въз основа на заданието за дадена година, участниците трябва да проектират мисия с човешки екипаж. До тази ясна цел обаче води сложен и преплетен път, по време на който е необходимо да се намери баланс между подсистемите и да се впишат в техническите ограничения. Освен това цялата работилница трае само седмица, от които първите дни са посветени на лекции, така че няма много време за проектиране на мисия и станция.

Добрата новина е, че не сте сами в това предизвикателство. Семинарът е замислен като състезание на два екипа, чиито проекти ще бъдат оценени и сравнени в края. В един екип има 20 членове, като всеки член има ясно дефинирани задачи или подсистема, за която е отговорно развитието. Целта на мисията на семинара се променя всяка година. В предишни години екипите се занимаваха с проектирането на станции на Луната, Марс, орбитата на Земята, в цислунарното пространство, а също и между астероиди.

Освен технически опит, участниците имат и възможността да опитат да работят в голям, международен и мултидисциплинарен екип. Със сериозни проблеми, срещани по време на семинара, те могат да се обърнат към експерти от академичните среди, както и от индустрията, които са на разположение през седмицата. Сред тях е бившият астронавт от Европейската космическа агенция проф. Д-р Райнхолд Евалд, който посети космическата станция MIR през 1997 г., така че не липсва опит от първа ръка.

Как да оцелеем на Венера?

Годината SSDW за 2019 г., т.е. тази, в която също участвах, беше да се създаде устойчива станция за човешкия екипаж на Венера. Тази планета е привлекателна цел, тъй като подобно на Марс е съседна планета на Земята. За разлика от Марс обаче той има земна гравитация (0.98g) и много по-плътна атмосфера. Втората точка носи много усложнения. Атмосферата на Венера е толкова плътна, че средната й повърхностна температура надвишава 460 ° C, а повърхностното налягане е 93 бара - налягане, еквивалентно на 90 пъти атмосферното налягане на Земята, или еквивалент на налягане, установено на почти 1 километър под морското равнище. Продължителността на живота на устройствата е кратка при такива условия, рекордьор е съветската сонда Venera 13, която предава данни от повърхността за 127 минути. За сравнение, марсоходът Opportunity на Марс е работил 15 земни години.

Следователно повърхността на Венера в момента не може да се говори за човешкия екипаж. Алтернатива е да останете в атмосферата с помощта на аеростати - балони или дирижабли. На надморска височина от около 55 километра температурите и налягането на атмосферата на Венера са по-приемливи - температурата е около 25 градуса, а атмосферното налягане е около 0,5 бара, t. j. половината от налягането, което намираме на повърхността на Земята. Атмосферата се състои предимно от въглероден диоксид (96,5%), азот (3,5%) и следи от други елементи. Следователно такава станция е технологично възможна, но носи със себе си конструктивни предизвикателства, на които трябва да се намерят отговори.

Тъй като Венера е по-близо до Слънцето, отколкото Марс, а станцията е над облаците, можем да използваме слънчевата енергия като източник на енергия и да съхраняваме излишната енергия, генерирана през деня, чрез намаляване на въглеродния диоксид. През нощта може да се генерира енергия чрез изгаряне на продуктите от това намаление. Може да се обсъдят и голям брой технологични алтернативи, като например как да се използват най-добре елементите, присъстващи в атмосферата в подкрепа на мисията - било то намаляване на CO2, производство на кислород в екипажа или ракетно гориво.

космическа
Дизайн на станция от семинара на червения екип, SSDW 2019

Вероятно най-сложният проблем е връщането в орбита. Нашата задача беше да проектираме мисия, която безопасно да върне екипажа на Земята след посещение на Венера. Тъй като станцията е в атмосферата и слизането на повърхността е практически невъзможно, изстрелването на обратната ракета е трудно, тя трябва да започне от станцията. Хоризонталният старт изглежда най-практичното решение. Вторият голям въпрос е ракетното гориво - по-добре е да го направите на гарата или да го носите със себе си?

Водородът значително липсва в състава на атмосферата на Венера. Този, който не е изчезнал от планетата, се поддържа в атмосферата под формата на сярна киселина. Количеството му е достатъчно, за да е необходимо да се вземат мерки при проектирането на станцията, особено за защита на външните части на станцията - балони и слънчеви панели. Въпреки това няма достатъчно водород, за да можем надеждно да произведем необходимото количество метан като гориво за обратна ракета в разумен срок. Алтернатива е също използването на въглероден окис, направен от атмосферен CO2, но свойствата на такова гориво се оказаха неподходящи за нашите нужди.

Търсихме тези отговори и много други за по-малко от четири дни, които бяха посветени на дизайна на станцията. Венера е интересна за нас земляните по няколко причини. В много отношения това е физически много подобна планета на Земята, но условията върху нея се дължат изключително на силното въздействие на парниковия ефект. Изследвайки Венера, можем да научим повече за този процес, като по този начин предотвратим подобно драстично въздействие върху нашата Земя.